KR101874449B1 - 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템 - Google Patents

태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다이오드와 다이오드마다 개별적으로 설치된 방열판으로 구성되되 태양광모듈과 인버터 사이에 병렬로 연결되는 복수의 다이오드 모듈, 상기 다이오드 양단의 순방향 전압을 센싱하는 전압센서, 상기 방열판에 설치되어 온도를 센싱하는 온도센서 및 제어부로 구성되되, 상기 제어부는 상기 전압센서 및 온도센서로부터 검측된 데이터를 송신받아 각각의 다이오드에 대해 미리 설정되는 시간 T 동안의 순방향 평균전압과 평균온도 및 모든 다이오드에서 특정의 다이오드를 빼고 평균순방향전압과 평균온도의 각각 합산평균값을 모든 다이오드에 대해 연산하고, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 순방향 평균전압에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 순방향평균전압을 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하거나, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 평균온도에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 평균온도를 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하는 경우 상기 특정 다이오드 모듈이 비정상이라는 시그널을 출력하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템에 관한 것이다.

Description

태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템{In Photovoltaic Power Generation Connection Module Diode Module Status Detection System Detecting Heat Sink Temperature And Diode Forward Voltage}
본 발명은 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다이오드와 다이오드마다 개별적으로 설치된 방열판으로 구성되되 태양광모듈과 인버터 사이에 병렬로 연결되는 복수의 다이오드 모듈, 상기 다이오드 양단의 순방향 전압을 센싱하는 전압센서, 상기 방열판에 설치되어 온도를 센싱하는 온도센서 및 제어부로 구성되되, 상기 제어부는 상기 전압센서 및 온도센서로부터 검측된 데이터를 송신받아 각각의 다이오드에 대해 미리 설정되는 시간 T 동안의 순방향 평균전압과 평균온도 및 모든 다이오드에서 특정의 다이오드를 빼고 평균순방향전압과 평균온도의 각각 합산평균값을 모든 다이오드에 대해 연산하고, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 순방향 평균전압에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 순방향평균전압을 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하거나, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 평균온도에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 평균온도를 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하는 경우 상기 특정 다이오드 모듈이 비정상이라는 시그널을 출력하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템에 관한 것이다.
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일반적으로 태양광 발전은 햇빛을 직류 전기로 바꾸어 전력을 생산하기 위한 것으로서, 다수의 태양전지들이 어레이(array)된 태양전지모듈을 이용하여 전기를 대규모로 생산하는 발전시스템이다.
이러한 태양광 발전시스템은 태양의 빛을 받아 직류전기를 발생시키는 태양전지가 어레이된 태양전지모듈과, 상기 태양전지모듈에서 발생된 직류 전기를 단위 스트링별로 모을 수 있도록 연결되는 접속반과, 상기 접속반에 모인 전체 직류 전기를 교류 전기로 변환시키는 전력변환장치(인버터)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이때, 상기 전력변환장치가 발전 동작을 개시하면, 각각의 단위 스트링에서 전류가 흐르게 되고 이와 동시에 접속반에서는 각각의 단위 스트링별로 전류를 감시하여 상위 장치인 수집서버와의 통신을 통해 데이터를 전송하게 된다.
이에 의해, 사용자는 접속반을 통하여 수집서버로 전송된 각 스트링별 전류와 전체 전류 등을 모니터링하게 된다.
그런데, 이와 같은 종래 태양광 발전시스템에 있어서는 태양전지 어레이에서 발생되는 출력전압에서 접속반 내부에 구비된 역전류 방지용 다이오드로 통하는 전류값 상승으로 인해 발열이 심화되어 다이오드 모듈이 고장나거나 심한 경우 화재까지 발생하는 경우가 있다.
이러한 경우, 요구하지 않은 불필요한 상황에서 태양광 발전시스템이 급작스럽게 중지되므로 태양광 발전시스템의 효율을 떨어뜨리는 등 심각한 문제점으로 귀결되고 있다.
따라서 태양광 발전시스템의 소자(전자부품)에서 발생되는 발열에 의해서 해당 소자가 고장나거나 화재가 발생하는 경우를 방지하기 위해 아래와 같이 접속반 내부에 특정한 전압 전류 소자를 설치하여 태양광 발전 시스템의 발전 효율을 보상하는 한편 그 운영을 안정적으로 할 수 있는 여러 방안이 강구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0930132호(2009.11.27)(발명의 명칭:모니터링 기능이 구비된 태양광 접속반)는 복수의 태양전지 모듈군이 병렬로 연결되며, 병렬로 연결된 각 태양전지 모듈군로부터 입력되는 직류전류를 직렬연결 방식으로 출력하는 입력부; 상기 입력부에 직렬로 연결되어 상기 입력부로부터 출력되는 직류전류를 입력받아 연결된 인버터로 출력하는 출력부; 상기 입력부에 연결되어 상기 입력부를 통해 입력되는 각 태양전지 모듈군의 입력전류값과 입력전압값을 검출하여 출력하고, 상기 출력부에 연결되어 상기 출력부를 통해 상기 인버터로 출력되는 출력전류값과 출력전압값을 검출하여 모니터링 제어부로 출력하는 검출부; 상기 검출부로부터 출력되는 입력전류값, 입력전압값, 출력전류값 및 출력전압값을 입력받아 디스플레이부를 통해 표시하는 모니터링 제어부; 상기 모니터링 제어부의 제어에 따라 입력전류값, 입력전압값, 출력전류값 및 출력전압값을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 검출부, 상기 모니터링 제어부 및 상기 디스플레이부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 기능이 구비된 태양광 접속반에 관한 것으로 태양전지 각 직렬 모듈군으로부터 발전된 직류전원을 병렬군으로 조합하여 인버터에 안정적으로 직류전원을 공급하고, 태앙전지 전압과 전류를 감시할 수 있다는 장점이 있으나, 접속반의 핵심소자인 다이오드 자체의 상태를 검출할 수 없는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1560345호(2015.10.07)(발명의 명칭:태양광 발전시스템)는 접속반(200) 측에 태양전지가 어레이된 각 출력단에 연결된 퓨즈에 연결되는 역전류방지부, 선로차단용 개별스위치, 예비우회선로를 갖는 예비우회선로부, 접속반 차단기, 전압전류측정부, 지락보호장치, 온도감지부, 제어부가 설치되고, 인버터측에 DC 스위칭용 인버터 차단기와 AC 스위칭용 인버터 차단기가 설치되는 것에 관한 것으로서, 이에 따르면 태양광 발전시스템에 있어 고장이나 이상 징후 및 발생 부위를 정확하기 판단할 수 있고 이상 발생부위만을 국소적으로 차단할 수 있으며, 우회 경로를 통해 발전상태를 유지할 수 있고 접속반 내 소자의 발열을 줄일 수 있으며, 태양광 발전시스템의 발전 효율 및 운용효율을 극대화시킬 수 있고 안전한 운영을 할 수 있는 장점이 있으나 다이오드 온도 측정시 그 측정된 값이 주위 온도에 영향을 받아 정확한 측정이 어려운 경우가 많고 이를 해결하기 위한 별도의 기술수단에 대한 고려가 없는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째 본 발명은 태양광 발전 접속반내부의 다이오드 모듈에 설치된 방열판 온도 및 순방향 전압을 센싱하여 센싱된 데이터를 바탕으로 다이오드의 상태를 검출하는 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다
둘째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 이를 외부에 표시하여 사용자가 알 수 있도록 함에 또 다른 목적이 있다.
셋째 본 발명은 특정의 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 생산되는 전력을 우회회로로 전달되도록 하여 다른 다이오드모듈의 부담을 경감하도록 하는 한편 태양광발전시스템의 효율을 도모함에 또 다른 목적이 있다.
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상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 또다른 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다이오드(110)와 상기 다이오드마다 개별적으로 설치된 방열판(120)으로 구성되되 태양광모듈과 인버터 사이에 병렬로 연결되는 복수의 다이오드 모듈(100); 상기 다이오드 양단의 순방향 전압을 센싱하는 전압센서(130); 상기 방열판에 설치되어 온도를 센싱하는 온도센서(140); 및 제어부(200);로 구성된다.
상기 제어부(200)는 상기 전압센서(130) 및 온도센서(140)로부터 검측된 데이터를 송신받아 각각의 다이오드에 대해 미리 설정되는 시간 T 동안의 순방향 평균전압과 평균온도 및 모든 다이오드에서 특정의 다이오드를 빼고 평균순방향전압과 평균온도의 각각 합산평균값을 모든 다이오드에 대해 연산하고, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 순방향 평균전압에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 순방향평균전압을 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하거나, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 평균온도에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 평균온도를 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하는 경우 상기 특정 다이오드 모듈이 비정상이라는 시그널을 출력하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(200)는 상기 다이오드 모듈 상태를 나타내는 시그널을 무선으로 송신하는 무선송신부(미도시)를 더 포함함이 바람직하다.
상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 태양전지 모듈과 다이오드(110) 사이에 비정상인 다이오드 모듈을 차단하는 차단 스위치(160)를 더 포함한다.
상기 마이크로 프로세서(미도시)는 상기 다이오드 모듈이 정상인 경우는 상기 차단 스위치(160)에 온 신호를 송출하고. 상기 다이오드 모듈이 비정상인 경우는 상기 차단 스위치(160)에 오프 신호를 송출함이 바람직하다.
상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 태양전지 모듈과 차단 스위치(160) 사이의 접점과 상기 다이오드와 인버터 사이의 접점 사이에 우회회로 스위치(170)와 상기 우회회로 양단 전압을 센싱하는 전압센서(131)가 추가적으로 연결 설치되되, 상기 우회회로 스위치(170)는 프리휠링 다이오드가 없는 IGBT 또는 FET를 사용하거나 마그네틱 스위치를 사용함이 바람직하다.
상기 우회회로 스위치(170)의 온오프 신호는 마이크로 프로세서(미도시)가 송출하되, 상기 다이오드 모듈이 비정상인 경우에 온 되며, 상기 우회회로 스위치에 역전압이 검출될 경우 오프되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째 본 발명은 태양광 발전 접속반내부의 다이오드 모듈에 설치된 방열판 온도 및 순방향 전압을 센싱하여 센싱된 데이터를 바탕으로 다이오드의 상태를 검출하는 시스템을 제공하여 태양광 발전 시스템의 안정적인 운영과 발전효율을 도모하는 효과가 있다.
둘째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 이를 외부에 표시하여 사용자가 알 수 있도록 하여 주의를 환기시키는 효과가 있다.
셋째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 이를 자동적으로 차단하여 태양광발전시스템의 안정성을 도모하는 효과가 있다.
넷째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 해당 다이오드 모듈을 자동으로 차단하고 우회회로로 전력을 전달하도록 하여 다른 정상의 다이오드 모듈이 설치시의 정격전류 범위내에 있게 되는 결과 연속되는 다이오드 모듈의 소손을 방지하는 효과가 있다.
다섯째 본 발명은 우회회로에 역전압이 걸릴 경우 자동으로 차단되도록 하여 태양광 모듈이 소손됨을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 태양광 발전 시스템에 있어서 태양전지 모듈, 다이오드 모듈 및 인버터의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 추가되는 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 5는 다이오드의 다이오드 순방향 전압, 도통전류 및 온도에 대한 특성곡선을 나타낸 도면이다.
도 6은 다이오드의 다이오드 순방향 전압, 온도 및 도통전류에 대한 특성곡선을 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출장치 및 그 방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 태양광 발전 시스템에 있어서 태양전지 모듈, 다이오드 모듈 및 인버터의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 추가되는 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출 알고리즘을 나타낸 도면이며, 도 5는 다이오드의 다이오드 순방향 전압, 도통전류 및 온도에 대한 특성곡선을 나타낸 도면이고, 도 6은 다이오드의 다이오드 순방향 전압, 온도 및 도통전류에 대한 특성곡선을 나타낸 도면이다.
이하 도 1 내지 6을 참조하여 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템을 설명한다.
도 1을 참조하면 기존의 다이오드의 발열량을 줄이기 위해 하나의 태양전지 모듈에 접속반의 다이오드모듈이 복수개 설치되어 있는 것을 개략적으로 표현한 것인데, 이렇게 다이오드모듈이 복수개 설치되어 있더라도 다이오드모듈마다 방열판을 설치되지는 않고, 하나의 방열판에 여러개의 다이오드 모듈을 부착함이 일반적이다.
도 2를 참조하면 본 발명인 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다이오드(110)와 상기 다이오드마다 개별적으로 설치된 방열판(120)으로 구성되되 태양광모듈과 인버터 사이에 병렬로 연결되는 복수의 다이오드 모듈(100); 상기 다이오드 양단의 순방향 전압을 센싱하는 전압센서(130); 상기 방열판에 설치되어 온도를 센싱하는 온도센서(140); 및 제어부(200);로 구성된다.
본 발명은 특정의 다이오드 모듈의 상태를 검측하기 위한 것으로서 상기 방열판은 다이오드 모듈마다 개별적으로 설치됨을 전제로 하는데 하나의 방열판에 여러 개의 다이오드들이 부착되는 경우(몇개의 다이오드만 발열이 심하더라도 방열판 전체가 온도가 상승하여 다른 다이오드의 온도를 상승시켜 전기적 특성도 변화시킬 수 있게 되고 이에 따라 스스로 발열이 되는 악순환 발생)에 비해 다이오드가 안정적으로 동작 가능하고 각 다이오드의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
온도센서는 주변온도에 영향을 받을 가능성이 있으므로 이에 대한 보완책으로 본 발명에서는 순방향 전압을 측정한다.
다이오드 순방향 전압은 온도에 의존성이 있는바, 즉 다이오드 순방향 전압은 다이오드 온도가 증가하면 감소되는 특징이 있는데, 이는 도 5의 다이오드 특성곡선이 나타내고 있다.
즉 반대로 말하면 다이오드 순방향 전압으로 다이오드 온도를 추측할 수 있게 되는 것이다.
상기 제어부(200)는 상기 전압센서(130) 및 온도센서(140)로부터 검측된 데이터를 송신받아 평균전압과 평균온도를 연산하고, 상기 평균전압 및 평균온도의 변화율을 계산하되, 상기 평균온도 변화율 및 평균온도 변화율이 설치된 다이오드 온도 및 순방향 전압특성에 따라 설정되는 수치(y, x)와의 관계에서 하기 1), 2), 3) 조건중 어느 하나라도 만족하면 다이오드 모듈이 정상이라는 시그널을 출력하고 그렇지 않으면 다이오드 모듈이 비정상이라는 시그널을 출력하는 마이크로 프로세서(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 복수의 다이오드 모듈을 묶어 한꺼번에 처리할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 평균전압, 평균온도는 일정 시간동안 계속적으로 센싱되어 샘플링 되는 수치를 평균한 값에 해당되는데 시간 구간이 길어질 수록 변화에 둔감하나 다이오드 상태 검측 결과는 정확해질 것이고, 시간 구간이 짧을 수록 변화에 예민하나 다이오드 상태 검측 결과는 부정확해질 것이다.
상기 특정 수치 y, x는 설치된 다이오드의 특성에 따라 정해지는 것으로 도 5 및 도 6에서 다이오드의 특정 순방향 전압에 대해 다이오드의 온도가 어느 정도 변하는지에 따라 달리 설정됨이 바람직하다.
예를 들어 설치되는 다이오드의 데이터시트의 평균순방향전압에 대한 그래프를 분석할 때 온도와의 관계에서 평균순방향전압의 곡선 기울기의 가질 수 있는 수치의 한계가 하나의 수치의 표준이 될 것이고, 이러한 수치는 안정성 및 신뢰성 측면에서 ±되어 수치가 조정될 수 있을 것이다.
도 6은 다이오드의 상태를 검측할 수 있도록 하는 조건으로서 세가지 조건을 모두 만족하지 못하면 해당되는 다이오드모듈은 비정상으로 출력된다.
1) 평균온도 변화율 ≥ y 이면서 평균전압 변화율 ≤ - x 인 경우
2) -y < 평균온도 변화율 < y 이면서 -x <평균전압 변화율< x 인 경우
3) 평균온도 변화율 ≤ -y 이면서 평균전압 변화율 ≥ x 인 경우
상기 조건을 표로 나타내면 다음과 같다.
평균온도변화율≤-y -y<평균온도변화율<y 평균온도변화율≥y
평균전압변화율≤-x 비정상 비정상 정상
-x<평균전압변화율<x 비정상 정상 비정상
평균전압변화율≥x 정상 비정상 비정상
도 4를 참조하면 상기 조건을 알기 쉽게 알고리즘화하여 나타낸 것으로서, 상기 제어부의 마이크로프로세서는 상기 알고리즘이 프로그래밍되어 구동됨을 의미한다.
도 4에서의 기호는 모두 평균값에 대한 것이고, 편의상 미분기호로 나타낸 것도 변화율을 나타냄에 있어서 각각의 평균값에 대한 것이다.
도 4는 다이오드가 이상으로 판정된 경우 그 출력에 대해 비정상 출력으로만 표기했으나 비정상 시그널 출력외에 상술한바와 같이 해당 다이오드에 대한 차단신호 출력도 표기될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 또 다른 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 또다른 다이오드 모듈 상태 검출시스템으로서 상술한 발명과 동일한 구성요소를 지니나 제어부의 마이크로프로세서에 프로그래밍되는 다이오드 모듈 상태 검측 방법이 다음과 같이 개시될 수 있다.
즉 제어부(200)는 상기 전압센서(130) 및 온도센서(140)로부터 검측된 데이터를 송신받아 각각의 다이오드에 대해 미리 설정되는 시간 T 동안의 순방향 평균전압과 평균온도 및 모든 다이오드에서 특정의 다이오드를 빼고 평균순방향전압과 평균온도의 각각 합산평균값을 모든 다이오드에 대해 연산하고, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 순방향 평균전압에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 순방향평균전압을 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하거나, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 평균온도에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 평균온도를 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하는 경우 상기 특정 다이오드 모듈이 비정상이라는 시그널을 출력한다는 것이다.
상기 방법에 대해 예를 들어 설명한다.
즉 1-n개의 다이오드 모듈이 있을 때 다이오드 모듈i에서 측정되는 순방향전압을 Vi, 측정 온도를 Ki라고 하고 특정시간 T동안의 순방향평균전압과 평균온도를 각각 VAi, KAi라고 하고, 다이오드모듈i를 제외한 나머지 다이오드모듈들의 순방향평균전압의 합산평균값과 평균온도값의 합산평균값을 각각 SVi, SKi라고 가정할 때, | SVi-VAi |와 | SKi-KAi | 값 중 어느하나가 미리 설정된 값 이상이라고 하면 다이오드 모듈i의 상태는 비정상상태 즉 이상이 있다고 판정한다는 것이다.
나머지 다이오드 모듈도 모두 이와 같이 판별하여 다이오드의 이상유무를 판별한다.
구체적으로 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
모두 6개의 다이오드 모듈이 있다고 가정할 때, 다이오드 모듈 1의 이상 유무는 설치된 다이오드 모듈의 데이터시트 분석에 따른 기준값을 순방향 전압과 온도에 대한 기준값을 0.3과 20이라고 하고, 각각의 다이오드 모듈의 순방향 평균전압과 온도평균값이 다음의 표 2와 같다고 가정한다.
순방향 평균전압(V) 평균온도(℃)
다이오드모듈 1 1.3 80
다이오드모듈 2 1.2 90
다이오드모듈 3 1.5 120
다이오드모듈 4 1.1 70
다이오드모듈 5 1.0 85
다이오드모듈 6 1.3 95
상기 표 2를 기준으로 순방향 평균전압을 이용하여 다이오드 모듈의 이상유무를 판별하는 것을 다음의 표 3에서 표현하였다.
차이절대값 상태
다이오드모듈 1 | 1.22-1.3 | = 0.08 정상
다이오드모듈 2 | 1.24-1.2 | = 0.04 정상
다이오드모듈 3 | 1.18-1.5 | = 0.32 비정상
다이오드모듈 4 | 1.26-1.1 | = 0.15 정상
다이오드모듈 5 | 1.28-1.0 | = 0.18 정상
다이오드모듈 6 | 1.22-1.3 | = 0.08 정상
상기 표 2를 기준으로 평균온도를 이용하여 다이오드 모듈의 이상유무를 판별하는 것을 다음의 표 4에서 표현하였다.
차이절대값 상태
다이오드모듈 1 | 92-80 | = 12 정상
다이오드모듈 2 | 90-90 | = 0 정상
다이오드모듈 3 | 84-120 | = 36 비정상
다이오드모듈 4 | 94-70 | = 24 비정상
다이오드모듈 5 | 91-85 | = 6 정상
다이오드모듈 6 | 89-95 | = 6 정상
상기 표 2 내지 4를 기준으로 다이오드 모듈의 판정유무를 순방향전압 조건과 온도조건을 모두 만족하지 못하는 것을 이상으로 판정한다면 다이오드모듈 3만 이상으로 판정할 수 있으며, 어느 하나라도 만족하지 못하면 이상으로 판정한다면 다이오드 모듈 3과 4를 이상으로 판정할 수 있는데 본 발명은 후자의 조건으로 발명을 구성하는 것으로 한다.
상기 제어부(200)는 상기 다이오드 모듈 상태를 나타내는 시그널을 무선으로 송신하는 무선송신부(미도시)를 더 포함함이 바람직하다.
도 3을 참조하면 상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 태양전지 모듈과 다이오드(110) 사이에 비정상인 다이오드 모듈을 차단하는 차단 스위치(160)를 더 포함한다.
상기 마이크로 프로세서(미도시)는 상기 다이오드 모듈이 정상인 경우는 상기 차단 스위치(160)에 온 신호를 송출하고. 상기 다이오드 모듈이 비정상인 경우는 상기 차단 스위치(160)에 오프 신호를 송출함이 바람직하다.
도 3을 참조하면 상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 태양전지 모듈과 차단 스위치(160) 사이의 접점과 상기 다이오드와 인버터 사이의 접점 사이에 우회회로 스위치(170)와 상기 우회회로 양단 전압을 센싱하는 전압센서(131)가 추가적으로 연결 설치되되, 상기 우회회로 스위치(170)는 프리휠링 다이오드가 없는 IGBT 또는 FET를 사용하거나 마그네틱 스위치를 사용함이 바람직하다.
상기 우회회로 스위치(170)의 온오프 신호는 마이크로 프로세서(미도시)가 송출하되, 상기 다이오드 모듈이 비정상인 경우에 온 되며, 상기 우회회로 스위치에 역전압이 검출될 경우 오프되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째 본 발명은 태양광 발전 접속반내부의 다이오드 모듈에 설치된 방열판 온도 및 순방향 전압을 센싱하여 센싱된 데이터를 바탕으로 다이오드의 상태를 검출하는 시스템을 제공하여 태양광 발전 시스템의 안정적인 운영과 발전효율을 도모하는 효과가 있다.
둘째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 이를 외부에 표시하여 사용자가 알 수 있도록 하여 주의를 환기시키는 효과가 있다.
셋째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 이를 자동적으로 차단하여 태양광발전시스템의 안정성을 도모하는 효과가 있다.
넷째 본 발명은 다이오드 모듈이 비정상으로 검출된 경우 해당 다이오드 모듈을 자동으로 차단하고 우회회로로 전력을 전달하도록 하여 다른 정상의 다이오드 모듈이 설치시의 정격전류 범위내에 있게 되는 결과 연속되는 다이오드 모듈의 소손을 방지하는 효과가 있다.
다섯째 본 발명은 우회회로에 역전압이 걸릴 경우 자동으로 차단되도록 하여 태양광 모듈이 소손됨을 방지하는 효과가 있다.
100 : 다이오드 모듈 110 : 다이오드
120 : 방열판 130 : 전압센서
131 : 전압센서 140 : 온도센서
160 : 차단스위치 170 : 우회회로 스위치
200 : 제어부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 태양광 발전 접속반에 설치된 다이오드 모듈 상태 검출시스템에 있어서,
    상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은
    다이오드와 다이오드마다 개별적으로 설치된 방열판으로 구성되되 태양광모듈과 인버터 사이에 병렬로 연결되는 복수의 다이오드 모듈; 상기 다이오드 양단의 순방향 전압을 센싱하는 전압센서; 상기 방열판에 설치되어 온도를 센싱하는 온도센서; 및 제어부;로 구성되며,
    상기 제어부는 상기 전압센서 및 온도센서로부터 검측된 데이터를 송신받아 각각의 다이오드에 대해 미리 설정되는 시간 T 동안의 순방향 평균전압과 평균온도 및 모든 다이오드에서 특정의 다이오드를 빼고 평균순방향전압과 평균온도의 각각 합산평균값을 모든 다이오드에 대해 연산하고, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 순방향 평균전압에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 순방향평균전압을 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하거나, 각각의 다이오드에 대해 특정 다이오드의 평균온도에서 상기 특정 다이오드를 뺀 나머지 다이오드의 평균온도를 합산한 평균값을 뺀 절대값이 설치된 다이오드 특성에 따라 미리 설정된 값을 초과하는 경우 상기 특정 다이오드 모듈이 비정상이라는 시그널을 출력하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다이오드 모듈 상태를 나타내는 시그널을 무선으로 송신하는 무선송신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 태양전지 모듈과 다이오드 사이에 비정상인 다이오드 모듈을 차단하는 차단 스위치를 더 포함하며,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 다이오드 모듈이 정상인 경우는 상기 스위치에 온 신호를 송출하고. 상기 다이오드 모듈이 비정상인 경우는 상기 스위치에 오프 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다이오드 모듈 상태 검출시스템은 태양전지 모듈과 차단 스위치 사이의 접점과 상기 다이오드와 인버터 사이의 접점 사이에 우회회로 스위치와 상기 우회회로 양단 전압을 센싱하는 전압센서가 추가적으로 연결 설치되되, 상기 우회회로 스위치는 프리휠링 다이오드가 없는 IGBT 또는 FET를 사용하거나 마그네틱 스위치를 사용하며,
    상기 우회회로 스위치의 온오프 신호는 마이크로 프로세서가 송출하되, 상기 다이오드 모듈이 비정상인 경우에 온 되며, 상기 우회회로 스위치에 역전압이 검출될 경우 오프되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 접속반내 다이오드 모듈 방열판 온도 및 순방향 전압 검출을 통한 다이오드 모듈 상태 검출시스템.
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